【转载】钾离子载体环肽水合的单分子水平研究

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单个缬胺霉素四倍体（a）及其水合物（b）缬胺霉素是一种重要的钾离子载体，通过在细胞膜两侧选择性地输运钾离子维持细胞膜压差、信号传导等生理活动的正常进行。传统的钾离子输运机理认为钾离子载体多肽的构型转变是驱动钾离子在细胞膜两侧进行选择性输运的驱动力，但生物水是否参与离子输运一直是未澄清的问题。
生物水是生命活动不可或缺的物质，比如水分子的介入会影响蛋白质或多肽的构象动态变化，从而影响一系列的生理过程。弄清水对缬胺霉素构型的影响和缬胺霉素-水相互作用对于理解生理环境下水/细胞膜界面的钾离子输运机理至关重要。一些理论计算的初步研究结果表明水可能参与了钾离子输运的全过程，但是由于缬胺霉素在水中溶解性差导致采用目前常用的生物结构实验表征技术调查缬胺霉素-水相互作用极具挑战。
在国家重大科学研究计划（973）和国家自然科学基金支持下，国家纳米科学中心研究人员应用扫描隧道显微镜技术在单分子层次研究缬胺霉素水合取得重要的进展。为突破缬胺霉素水溶解性差的局限，该研究创新性地将气相的缬胺霉素和水蒸汽引入真空环境中的Cu(111)表面，利用扫描隧道显微镜（STM）研究了缬胺霉素及其水合物的精细结构。结合密度泛函理论（DFT）计算，首次在单分子层次揭示了缬胺霉素与水相互作用的位点、水分子结合数量、相互作用力类型及相互作用能。
该研究证实了缬胺霉素水合的可能性，揭示了水分子对缬胺霉素构型变化的影响，为打破现有的无水参与的钾离子选择性输运机理的传统认识提供了新的分子基础。该研究充分展现了扫描探针技术研究复杂生物体系的应用能力，同时开启了探测难溶于水的分子与水相互作用的新思路。相关研究结果发表在Nature出版社的Scientific Reports (Sci. Rep. 2013, 3: 2461)。

全文链接：http://www.nature.com/srep/2013/130819/srep02461/full/srep02461.html?WT.ec_id=SREP-20130820

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